Physique · 3ème Sc.expThème 4 : Étude cinématique · Chapitre 1

Repérage et grandeurs cinématiques

Objectifs

À la fin de ce chapitre, vous saurez :
• choisir un référentiel et repérer un mobile (coordonnées, vecteur position, abscisse curviligne) ;
• définir et représenter les vecteurs vitesse et accélération instantanées ;
• décomposer l'accélération en accélération tangentielle et normale (repère de Frenet).

Introduction

La cinématique décrit les mouvements, sans chercher leurs causes ni tenir compte des masses. Pour un solide en translation (tous ses points ont le même mouvement, comme un TGV sur une voie droite ou une cabine de téléphérique), il suffit d'étudier le mouvement de son centre d'inertie G.

I. Repérer un mobile

1. Référentiel et repères

Animation

Un passager endormi dans un avion est au repos par rapport à l'avion, mais en mouvement par rapport à la Terre.

À retenir

Un mouvement se décrit toujours par rapport à un corps de référence.

Définition

Un référentiel est formé d'un objet de référence, d'un repère d'espace (une origine O et trois axes, souvent orthonormés : R(O, i→, j→, k→)) et d'un repère de temps (une origine des dates t = 0 et une horloge ; unité : la seconde).

Les référentiels usuels

RéférentielOrigineUtilisé pour
de Coperniccentre d'inertie du système solaireplanètes, étoiles
héliocentriquecentre du Soleil, axes vers trois étoiles lointainesmouvement des planètes
géocentriquecentre de la Terre, axes vers trois étoiles lointainesLune, satellites artificiels
terrestre (du laboratoire)un point lié au solmouvements à la surface de la Terre

Une date t repère un instant par rapport à l'origine des temps ; elle est négative pour un instant antérieur.

2. Repérer la position du mobile

Animation

  • Dans le repère (O, i→, j→, k→), la position d'un point M à la date t est donnée par ses coordonnées x(t), y(t), z(t) : ce sont les équations horaires (ou paramétriques) du mouvement.
  • Le vecteur position : OM→ = x i→ + y j→ + z k→
  • En éliminant t entre les équations horaires, on obtient l'équation de la trajectoire.
  • Si la trajectoire est connue et orientée, on peut repérer M par son abscisse curviligne s, mesure algébrique de l'arc AM à partir d'une origine A.
Mouvement rectiligne

Pour un mouvement rectiligne, un seul axe (O, i→) suffit : OM→ = x i→.

II. Vitesse et accélération

1. Le vecteur vitesse

Animation

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